(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアガスをバブリングして得た加湿ガスに前記キャリアガスを混合することで、前記加湿ガスの水分量が希釈された希釈ガスを発生させるガス発生装置であって、
ガス供給源から供給される前記キャリアガスを大気圧超の圧力下でバブリングして前記加湿ガスを生成する加湿流路と、
前記ガス供給源から供給される前記キャリアガスを加湿しないで非加湿ガスとして搬送する非加湿流路と、
前記加湿ガスに前記非加湿ガスを混合して当該加湿ガスの水分量を希釈させるガス混合器とを備え、
前記加湿流路は、前記キャリアガスのガス供給源に接続された減圧器と、減圧された前記キャリアガスを３〜７気圧の下でバブリングするバブリング槽と、このバブリング槽に接続された第２の減圧器と、この第２の減圧器で減圧された前記加湿ガスの流量調整を行う流量計と、
を備えていることを特徴とするガス発生装置。
【請求項２】
前記加湿流路と前記非加湿流路とが、同一の前記ガス供給源から分岐している請求項１に記載のガス発生装置。
【請求項３】
前記非加湿流路は、前記キャリアガスのガス供給源に接続された減圧器と、この減圧器で減圧された前記非加湿ガスの流量調整を行う流量計とを有する請求項１又は２に記載のガス発生装置。
【請求項４】
キャリアガスをバブリングして得た加湿ガスに前記キャリアガスを混合することで、前記加湿ガスの水分量が希釈された希釈ガスを発生させる方法であって、
ガス供給源から供給される前記キャリアガスを減圧する工程と、
減圧された前記キャリアガスを３〜７気圧の下でバブリングして前記加湿ガスを生成する工程と、
前記加湿ガスを再度減圧する工程と
前記ガス供給源から供給される前記キャリアガスを加湿しないで非加湿ガスとして搬送する工程と、
前記加湿ガスに前記非加湿ガスを混合して当該加湿ガスの水分量を希釈させる工程と、
を含むことを特徴とする希釈ガスの発生方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス発生装置とこれによる希釈ガスの発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、種々の素材または機能材料の熱処理や、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等を行う製造プロセスにおいて、このプロセスに使用するキャリアガスを加湿する場合に、一定の水温に制御された水槽（バブリング槽）中でキャリアガスをバブリングして加湿する、バブリング方式の加湿ガスの発生装置が使用されている（例えば、特許文献１参照）。
図２は、従来の加湿ガスの発生装置を示す流体回路図である。
【０００３】
図２に示すように、従来のガス発生装置３１は、キャリアガスＧ０のガス供給源３２と、このガス供給源３２に接続された減圧器３３と、この減圧器３３の下流側に接続されたマスフローコントローラ等よりなる流量計３４と、この流量計３４の下流側に接続されたバブリング槽３５とを備えている。
上記減圧器３３は、ガス供給源３２から供給されるキャリアガスＧ０を減圧して下流側に流す減圧弁よりなり、この減圧弁の下流側はバブリング槽３５の下部に設けられたガス導入室３６に接続されている。
【０００４】
ガス導入室３６は、多数のガス吹き出し孔（図示せず）を備えており、バブリング槽３５の内部に収容された水中に沈んでいる。
このため、ガス導入室３６に供給されたキャリアガスＧ０は、槽内の水中を泡状となって上昇し、バブリング槽３５の内部の水面上方に放出される。バブリング槽３５には、大気圧下の処理容器３７が接続されており、これによってバブリング槽３５内の圧力はほぼ大気圧下に設定されている。
【０００５】
ガス供給源３２から供給されたキャリアガスＧ０は、減圧器３３でいったん減圧されるとともに、その下流側の流量計３４で所定流量に設定されてバブリング槽３５に供給され、このバブリング槽３５内において大気圧下でバブリングされる。
そして、大気圧下でキャリアガスＧ０をバブリングして得られた加湿ガスＧ１は、処理容器３７に供給されて後段の製造プロセスで使用されるようになっている。
【特許文献１】特開平６−１０８１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来のバブリング方式のガス発生装置３１を用いてキャリアガスＧ０を加湿する場合には、バブリング槽３５内の圧力がほぼ大気圧に設定されているので、バブリングによって発生する加湿ガスＧ１の露点は、ほぼ大気圧下の水の凝固点以上でかつ沸点以下の範囲に限定される。
しかし、実際上は、露点温度が室温よりも低い場合には、供給されるキャリアガスＧ０の温度がバブリング槽３５の水温よりも高くなることにより、発生する加湿ガスＧ１の露点が室温の影響を受けて変動してしまうという問題がある。
【０００７】
また、製造プロセスを構成する炉の周辺等の温度が高い場合には、水温を室温よりも低温に保つことが困難であり、高温側では沸騰によって露点が安定しない。
これらの問題があるために、大気圧下でキャリアガスＧ０をバブリングするバブリング槽３５を使用した場合、実質的には４０〜８０°Ｃ程度が使用可能な範囲であり、加湿ガスＧ１中の水の体積分率（水分量）は、約８００００〜５０００００ｐｐｍ（８〜５０％ｖｏｌ）となる。
【０００８】
ところが、製造プロセスによっては、例えば、１００ｐｐｍ程度といった水分量が非常に少ない加湿ガスＧ１を必要とする場合があるが、従来のガス発生装置３１では、生成される加湿ガスＧ１の水の体積分率が上記の通り多すぎて使用することができない。
一方、加湿ガスＧ１の水分量を低減する方策としては、加湿ガスＧ１にキャリアガスＧ０を混合して、水分量を希釈することが考えられるが、これでは水分量が低い希釈ガスを安定して供給することができないという新たな課題が生じる。
【０００９】
すなわち、加湿ガスＧ１にキャリアガスＧ０を混合して水分量を希釈する場合に、できるだけ希釈倍率を大きくして水分量が低い希釈ガスを得るためには、バブリングによる加湿ガスＧ１を少ない流量でかつ少ない水分濃度で安定して生成させ、正確な流量で混合器に供給する必要がある。
しかし、ほぼ大気圧下のバブリング槽３５でバブリングを行う従来のガス発生装置３１では、水温を下げて加湿ガスＧ１の水の体積分率を下げようとしても、前述のように露点自体が安定しないために、水の体積分率をさほど大幅に下げることができない。
【００１０】
例えば、水分量が１００ｐｐｍの希釈ガスを毎分３０リットルの流量で生成する場合を想定すると、計算上では、露点が４０°Ｃでかつ流量２．９（ｍｌ／ｍｉｎ）の加湿ガスＧ１に対して、露点が−６０°Ｃでかつ流量２９．９９７５（ｌ／ｍｉｎ）のキャリアガス（ドライガス）Ｇ０を混合させることで可能となるが、そのような微小流量の加湿ガスＧ１を、ほぼ大気圧下のバブリング槽３５で安定的に発生させるのは、実際には非常に困難である。
【００１１】
このため、従来の加湿ガス発生装置３１で生成した加湿ガスＧ１にキャリアガスＧ０を混合しても、低水分量の希釈ガスの量を所望通りに調整することができず、水分量が低い希釈ガスを安定して供給することができない。
本発明は、上記の問題点に鑑み、バブリング法により得られる加湿ガスにキャリアガスを混合して水分を希釈するに当たり、水分量の低い希釈ガスを安定して生成することができるガス発生装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のガス発生装置（請求項１）は、キャリアガスをバブリングして得た加湿ガスに前記キャリアガスを混合することで、前記加湿ガスの水分量が希釈された希釈ガスを発生させるガス発生装置であって、ガス供給源から供給される前記キャリアガスを大気圧超の圧力下でバブリングして前記加湿ガスを生成する加湿流路と、前記ガス供給源から供給される前記キャリアガスを加湿しないで非加湿ガスとして搬送する非加湿流路と、前記加湿ガスに前記非加湿ガスを混合して当該加湿ガスの水分量を希釈させるガス混合器とを備え、前記加湿流路は、前記キャリアガスのガス供給源に接続された減圧器と、減圧された前記キャリアガスを３〜７気圧の下でバブリングするバブリング槽と、このバブリング槽に接続された第２の減圧器と、この第２の減圧器で減圧された前記加湿ガスの流量調整を行う流量計と、を備えていることを特徴とする。
【００１３】
上記のガス発生装置によれば、加湿流路が、キャリアガスを大気圧超の圧力下でバブリングして加湿ガスを生成するので、キャリアガスを大気圧下でバブリングする場合に比べて、加湿ガスの水分量をできるだけ低く設定でき、しかも、その加湿ガスを少量でかつ安定して生成することができる。
そして、ガス混合器が、上記加湿ガスに対して非加湿ガスを混合して当該加湿ガスの水分量を希釈するので、水分量が低い希釈ガスを安定して生成することができる。
【００１４】
本発明のガス発生装置において、前記加湿流路と前記非加湿流路とは、同一の前記ガス供給源から分岐していることが好ましい（請求項２）。
この場合、加湿流路と非加湿流路に対して、共通のガス供給源からキャリアガスを供給できるので、非加湿流路を設けたことに伴う装置の大型化を極力抑えることができ、ガス発生装置の設備コストを低減することができる。
【００１６】
更に、前記非加湿流路は、前記キャリアガスのガス供給源に接続された減圧器と、この減圧器で減圧された前記非加湿ガスの流量調整を行う流量計とを有することができる（請求項３）。
なお、本発明の希釈ガスの発生方法（請求項４）は、上記ガス発生装置（請求項１）によって行われる希釈ガスの発生方法に関するものであり、当該ガス発生装置と同様の作用効果を奏する。
【発明の効果】
【００１７】
以上の通り、本発明によれば、バブリング法により得られる加湿ガスにキャリアガスを混合して水分を希釈するに当たって、水分量の低い希釈ガスを安定して生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係るガス発生装置を示す流体回路図である。
〔ガス発生装置の全体構成〕
図１に示すように、本実施形態のガス発生装置１は、キャリアガスのガス供給源２と、このガス供給源２から分岐する加湿流路３及び非加湿流路４と、これらの各流路３，４の下流側に接続されたガス混合器５及び処理容器６とを備えている。
【００１９】
上記ガス供給源２は、不活性ガス、水素ガス又は空気等よりなるキャリアガスＧ０を高圧下で収容しているガスボンベ等よりなり、このガス供給源２に接続された管路は前記各流路３，４の二手にそれぞれ分岐している。
上記各流路３，４のうち、加湿流路３は、ガス供給源２からのキャリアガスＧ０が直接供給される減圧器８と、この減圧器８の下流側に接続されたバブリングを行うためのバブリング槽９と、このバブリング槽９の下流側に接続された第２の減圧器１０と、この減圧器１０の下流側に接続された流量計１１とを備えている。
【００２０】
バブリング槽９の上流側に位置する減圧器８は、ガス供給源２から供給されるキャリアガスを減圧して下流側に流す減圧弁よりなり、この減圧弁の下流側はバブリング槽９の下部に設けられたガス導入室１２に接続されている。
ガス導入室１２は、多数のガス吹き出し孔（図示せず）を備えており、バブリング槽９の内部に収容された水中に沈んでいる。このため、ガス導入室１２に導入されたキャリアガスは、水中を泡状となって上昇する際に加湿され、バブリング槽９の内部で水面上方に放出されて加湿ガスＧ１となる。
【００２１】
本実施形態のバブリング槽９には、この槽内の圧力を計測表示する圧力計１４が接続されている。そして、上記減圧器８により、バブリング槽９の内部の圧力が概ね３〜７気圧に設定されている。
また、バブリング槽９は、温度調節可能な加熱ヒータ１３を備えており、この加熱ヒータ１３の発熱により、バブリング槽９内の水を４０〜８０°Ｃの範囲で一定水温に保持するようになっている。
【００２２】
バブリング槽９の下流側に位置する第２の減圧器１０は、バブリング槽９の上部に接続された管路から供給される加湿ガスＧ１を減圧して下流側に流す減圧弁よりなり、この減圧弁の下流側は、マスフローコントローラ等よりなる前記流量計１１に接続されている。
この第２の減圧器１０は、バブリング槽９で加圧されたガス圧力を流量計１１の作動圧力の範囲内に再び減圧するためのものであり、流量計１１は、第２の減圧器１０で減圧された加湿ガスＧ１の流量調整を行うものである。
【００２３】
一方、非加湿流路４は、ガス供給源２から供給されるキャリアガスＧ０を加湿しないで非加湿ガスＧ２として搬送するものであり、ガス供給源２からのキャリアガスＧ０が直接供給される減圧器１６と、この減圧器１６の下流側に接続されたマスフローコントローラ等よりなる流量計１７とを備えている。
非加湿流路４の減圧器１６は、ガス供給源２から供給されるキャリアガスＧ０の圧力を流量計１７の作動圧力の範囲内に減圧するためのものであり、流量計１７は、減圧器１６で減圧された非加湿ガスＧ２の流量調整を行うものである。
【００２４】
上記加湿流路３と非加湿流路４とは、各流量計１１，１７の下流側において管路が合流している。この合流管路は前記ガス混合器５に接続されており、このガス混合器５は一定容積の中空容器よりなる。
そして、加湿流路３からの流量調整された加湿ガスＧ１と、非加湿流路４からの流路調整された非加湿ガスＧ２とがガス混合器５に供給されて内部で混合される。これにより、加湿ガスＧ１中の単位体積当たりの水の体積分率（水分量）が低減されて希釈ガスＧ３となり、この希釈ガスＧ３は、処理容器４から後段の製造プロセスに送られる。
【００２５】
〔加湿ガスの生成方法〕
次に、上記構成に係るガス発生装置１で行われる希釈ガスの発生方法を説明する。
まず、ガス供給源２の内部のキャリアガスＧ０は、二手に分岐している加湿流路３と非加湿流路４にそれぞれ供給される。
加湿流路３に供給されたキャリアガスＧ０は、減圧器８でいったん減圧されてバブリング槽９のガス導入室１２に導入され、当該バブリング槽９の槽内において加圧下（大気圧を超える圧力下）でバブリングされて加湿ガスＧ１となる。
【００２６】
このさい、バブリング槽９の槽内が大気圧を超えているので、大気圧下でバブリングする場合に比べて、加湿ガスＧ１の水分量をできるだけ低く設定でき、しかも、その加湿ガＧ１スを少量でかつ安定して生成することができる。
バブリング槽９内で発生した加湿済みのキャリアガス（加湿ガス）Ｇ１は、その下流側の第２の減圧器１０で再び減圧されて流量計１１に供給される。この流量計１１は、上記加湿ガスＧ１を予め設定された所定の流量でガス混合器５に供給する。
【００２７】
一方、非加湿流路４に供給されたキャリアガスＧ０は、減圧器１６で減圧されたあと、加湿されないで乾燥状態のガス（非加湿ガス）Ｇ２のままで流量計１７に供給される。この流量計１７は非加湿ガスＧ２を予め設定された所定の流量でガス混合器５に供給する。
そして、加湿ガスＧ１と非加湿ガスＧ２とは、上記ガス混合器５の内部において一定比率で混合され、これにより、加湿ガスＧ１の水分量を所定量まで希釈化された希釈ガスＧ３が、大気圧下の処理容器６に供給される。
【００２８】
このように、本実施形態のガス発生装置１によれば、バブリングを行う加湿ガスＧ１用の加湿流路３と、バブリングを行わない非加湿ガスＧ２用の非加湿流路４と、加湿ガスＧ１と非加湿ガスＧ２とを混合するガス混合器５とを備えており、上記加湿流路３が、大気圧下ではなく大気圧超の圧力下でキャリアガスＧ０をバブリングして加湿ガスＧ１を生成するようになっている。
【００２９】
このため、キャリアガスＧ０を大気圧下でバブリングする場合に比べて、加湿流路３において加湿ガスＧ１の水分量をできるだけ低く設定でき、しかも、その加湿ガスＧ１を少量でかつ安定して生成することができる。
そして、上記のように生成された加湿ガスＧ１に対して、ガス混合器５が更に非加湿ガスＧ２を混合して加湿ガスＧ１の水分量を希釈するので、水分量が低い希釈ガスＧ３を安定して生成することができる。
【００３０】
〔具体例１〕
例えば、本実施形態のガス発生装置１を用いて、水分量が１０００ｐｐｍの希釈ガスＧ３を毎分３０リットルの流量で生成する場合を想定すると、バブリング槽９の諸元を次のように設定すればよい。
○  バブリング槽９の内部圧力：０．３ＭＰａ
○  バブリング槽９の内部温度：４５°Ｃ
この場合、流量が０．８８（ｌ／ｍｉｎ）の加湿ガスＧ１が加湿流路３で得られることから、非加湿流路４の非加湿ガスＧ２の流量を２９．１２（ｌ／ｍｉｎ）に設定することにより、水分量が１０００ｐｐｍの希釈ガスＧ３を毎分３０リットルの流量で生成することができる。
【００３１】
〔具体例２〕
また、水分量が１００ｐｐｍの希釈ガスＧ３を毎分３０リットルの流量で生成する場合を想定すると、バブリング槽９の諸元を次のように設定すればよい。
○  バブリング槽９の内部圧力：０．７ＭＰａ
○  バブリング槽９の内部温度：４０°Ｃ
この場合、流量が０．２０（ｌ／ｍｉｎ）の加湿ガスＧ１が加湿流路３で得られることから、非加湿流路４の非加湿ガスＧ２の流量を２９．８０（ｌ／ｍｉｎ）に設定することにより、水分量が１００ｐｐｍの希釈ガスＧ３を毎分３０リットルの流量で生成することができる。
【００３２】
上記のように、本実施形態では、加湿流路３の途中にあるバブリング槽９の内部が大気圧超の加圧下に設定されているので、水分量の小さい加湿ガスＧ１を制御可能な流量で生成することができ、これによって希釈ガスＧ３を安定的に生成することができる。
【００３３】
〔その他の変形例〕
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、加湿流路３と非加湿流路４とが同一のガス供給源２から分岐した回路構成になっており、ガス供給源２を両流路３，４で共通化しているが、各流路３，４のガス供給源を個別に設置する回路構成にすることもできる。
【００３４】
もっとも、各流路３，４用のガス供給源を別個に設置する回路構成では、ガス発生装置１が大型化して設備コストが高くなるので、上記実施形態のようにガス供給源２を共通化することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明のガス発生装置の全体構成を示す流体回路図である。
【図２】従来のガス発生装置の全体構成を示す流体回路図である。
【符号の説明】
【００３６】
１      ガス発生装置
２      ガス供給源
３      加湿流路
４      非加湿流路
５      ガス混合器
８      減圧器
９      バブリング槽
１０      第２の減圧器
１１      流量計
１６      減圧器
１７      流量計
Ｇ０      キャリアガス
Ｇ１      加湿ガス
Ｇ２      非加湿ガス
Ｇ３      希釈ガス
【図１】
0005376821.tif 000002
【図２】
0005376821.tif 000003